JP2006286895A

JP2006286895A - Ｌｅｄ電極の接合体

Info

Publication number: JP2006286895A
Application number: JP2005104292A
Authority: JP
Inventors: Akito Tanaka; 章人田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】基板とＬＥＤチップとの接合部に空気層（断熱層）が形成されて熱が籠もるのを防止し、これによって発光効率を下げることなく寿命を延ばすことができるようにする。
【解決手段】基板１の電極１ａ，１ｂとＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂとの間に、これら電極１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂと面接触し、基板１側からＬＥＤチップ２に電力を供給する金属パネルまたは焼結金属パネルからなる給電子１１を設けて、基板１とＬＥＤチップ２との接合部に空気層（断熱層）が形成されないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高発光効率で長寿命のＬＥＤチップを得ることができるＬＥＤ電極の接合体に関する。

従来より、基板の電極と発光素子の電極の間に介在して、基板側から発光素子に電力を供給する電極の接合装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

図６はこのような電極の接合装置の一例を示すもので、金属ボールを用いた電極の接合装置の分解斜視図である。この金属ボールを用いたＬＥＤ電極の接合装置は、図示しないベアーウエハ上で基板１のプラス電極１ａとＬＥＤチップ２のプラス電極２ａ相互が金属ボール３ａによって接合され、また基板１のマイナス電極１ｂとＬＥＤチップ２のマイナス電極２ｂ相互が金属ボール３ｂによって接合されるようになっている。

図７はこのような電極の接合装置の他の例を示すもので、金属ワイヤを用いた電極の接合装置の斜視図である。この金属ワイヤを用いたＬＥＤ電極の接合装置も、ベアーウエハ上で中央部に分離溝４ａを有する基板４のプラス電極４ｂと、同じく中央部に分離溝５ａを有するＬＥＤチップ５のプラス電極５ｂ相互が金属ワイヤ６ａによって接合され、また基板４のマイナス電極４ｃとＬＥＤチップ５のマイナス電極５ｃ相互が金属ワイヤ６ｂによって接合されるようになっている。

そして、このように金属ボール３ａ，３ｂや金属ワイヤ６ａ，６ｂにより接合されたＬＥＤチップ２，５は、ＬＥＤチップ全体を透明樹脂にてモールドして、完成する。

このようにして製造されるＬＥＤのＬＥＤチップ２，５は、基板１，４から金属ボール３ａ，３ｂもしくは金属ワイヤ６ａ，６ｂを介して電力が供給されることにより動作（発光）する。なお、接合に用いる金属ワイヤもしくは金属ボールは、加工方法が難しいので増やすことができず、通常１個（本）から数個（本）である。

図８は金属ボール３ａ，３ｂによる接合状態を示すもので、ＬＥＤチップ２と基板１間の隙間における半田面と空気層の割合は、約１０：９０であり、空気による断熱層が形成されている。ちなみに、空気の熱伝導率は0.027J/m・sec・℃ 、鉛フリー半田の熱伝導率は64J/m・sec・℃である。

特開２００２−２８０４１５

このように従来は、基板とＬＥＤチップとの接合を金属ボール３ａ，３ｂや金属ワイヤ６ａ，６ｂにより行っているため、電力および熱的な接合部が限定され、その結果、電気抵抗および熱抵抗を抑えることができないという難点があった。このため、大電力でＬＥＤを動作させようとすると、電力集中による発光ムラが生じていた。さらに、伝熱面積が小さいため、熱を逃がすことができず、熱がＬＥＤ内に籠もり、これによりＬＥＤの温度が上昇し、発光効率の低下、寿命の劣化を招いていた。

本発明の技術的課題は、基板とＬＥＤチップとの接合部に空気層（断熱層）が形成されて熱が籠もるのを防止し、これによって発光効率を下げることなく寿命を延ばすことができるようにすることにある。

本発明に係るＬＥＤ電極の接合体は、基板の電極とＬＥＤチップの電極との間に、これら電極と面接触し、基板側からＬＥＤチップに電力を供給する金属パネルまたは焼結金属パネルからなる給電子を設けたものである。

本発明のＬＥＤ電極の接合体によれば、基板の電極とＬＥＤチップの電極との間に、これら電極と面接触し、基板側からＬＥＤチップ素子に電力を供給する金属パネルまたは焼結金属パネルからなる給電子を設けているので、基板とＬＥＤチップとの接合部に空気層（断熱層）が形成されることが無くなる。さらに、伝熱面積が大きくなるだけでなく、給電子が、半田よりも熱伝導率がよい金属パネルまたは焼結金属パネルから構成されているため、基板とＬＥＤチップの間の熱抵抗が小さく、容易に熱を逃がすことができ、ＬＥＤの温度の上昇を抑えることが可能となり、発光効率が向上し、かつ寿命を延ばすことができる。

実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ電極の接合体の構成を示す分解斜視図、図２はその電極の接合部を分解して示す断面図、図３はＬＥＤの寿命特性を示す図であり、各図中、前述の従来例（図６）に相当する部分には同一符号を付してある。

本実施形態のＬＥＤ電極の接合体は、図１及び図２のように基板１の電極１ａ，１ｂとＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂとの間に、これら電極１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂと面接触し、基板１側からＬＥＤチップ２に電力を供給する金属パネルまたは焼結金属パネルからなる給電子１１を設けたものである。

これを更に詳述すると、給電子１１は、ＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂ形状と相似する形状に形成され、ここではそのプラス電極１１ａとマイナス電極１１ｂが弧状のギャップｇを介して分割構成され、ＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂよりも若干小さめになるように形成されている。

また、給電子１１と、基板１の電極１ａ，１ｂ及びＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂとは、半田１２ａ，１２ｂにより接合されるようになっている。実際の接合にあたっては、熱と超音波を併用して接合するようになっている。給電子１１への半田１２ａ，１２ｂの塗布は、予め別のところで金属への半田メッキのという形で行ってもよい。

図３の寿命特性図は、ＬＥＤの寿命特性を示すもので、図３から明らかなように、２０ｍＡのときと３０ｍＡのときを比較してみると、２０ｍＡの方が寿命が長くなることが分かる。同じＬＥＤ素子に電流を多く流すと、電流の多いときの方が電力が大きくなり、発熱量も多くなることが分かる。そのことから発熱量が増加すると、つまり大電力であればあるほど、相対光度の低下は大になり、寿命が短くなることが分かる。原因として、封止樹脂（透明樹脂）の劣化が考えられる。

このように、本実施形態のＬＥＤ電極の接合体によれば、基板１の電極１ａ，１ｂとＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂとの間に、これら電極と面接触し、基板１側からＬＥＤチップ２に電力を供給する金属パネルまたは焼結金属パネルからなる給電子１１を設けているので、基板１とＬＥＤチップ２との接合部、つまり基板１と給電子１１との間、及びＬＥＤチップ２と給電子１１との間に、空気層（断熱層）が形成されることが無くなる。さらに、伝熱面積が大きくなるだけでなく、給電子１１が、半田よりも熱伝導率がよい金属パネルまたは焼結金属パネルから構成されているため、熱抵抗が低く、熱を逃がすことができて、ＬＥＤチップ２の温度の上昇を抑えることが可能となり、発光効率が向上し、かつ寿命を延ばすことができる。

また、給電子１１を、ＬＥＤチップ２の電極形状に相似する形状に形成しているので、電気抵抗、熱抵抗を下げることができる。また、電力集中も生じることなく、均一に発光させることができる。これにより、高発光効率で長寿命のＬＥＤを得ることができる。

また、給電子１１と、基板１の電極１ａ，１ｂ及びＬＥＤチップ２の電極２ａ，２ｂとは、半田１２ａ，１２ｂにより接合されるようになっているので、給電子１１への半田１２ａ，１２ｂの塗布を、素子とは別のところで金属への半田メッキのという形で行うことができ、生産性が向上する。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ電極の接合体の構成を示す分解斜視図、図５はその電極の接合部を分解して示す断面図であり、各図中、前述の実施の形態１（図１及び図２）に相当する部分には同一符号を付してある。

本実施形態のＬＥＤ電極の接合体は、図１，２のように給電子１１のプラス電極１１ａとマイナス電極１１ｂが間に絶縁物１３を介して一体化されている点が前述の実施の形態１のものと異なっており、それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同一であり、実施の形態１のもつ機能を全て備えている。

本実施形態のＬＥＤ電極の接合体においては、給電子１１が絶縁物１３を挟み込んだ金属板の一体品で接合される。これにより、更なる生産性の向上が可能となる。また、絶縁物１３を挟む両側の金属部分すなわちプラス電極１１ａとマイナス電極１１ｂに、半田などを塗布をしたものを使うと、更なる生産性向上が可能となる。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ電極の接合体の構成を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ電極の接合体の電極の接合部を分解して示す断面図である。ＬＥＤの寿命特性を示す図である。本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ電極の接合体の構成を示す分解斜視図である。本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ電極の接合体の電極の接合部を分解して示す断面図である。従来のＬＥＤ電極の接合装置の一例を示す分解斜視図である。従来のＬＥＤ電極の接合装置の他の例を示す斜視図である。従来の金属ボールによる接合状態を示す図である。

符号の説明

１基板、１ａ，１ｂ基板の電極、２ＬＥＤチップ、２ａ，２ｂＬＥＤチップの電極、１１給電子、１１ａ給電子のプラス電極、１１ｂ給電子のマイナス電極、１２ａ，１２ｂ半田、１３絶縁物。

Claims

基板の電極とＬＥＤチップの電極との間に、これら電極と面接触し、前記基板側から前記ＬＥＤチップに電力を供給する金属パネルまたは焼結金属パネルからなる給電子を設けたことを特徴とするＬＥＤ電極の接合体。
前記給電子を、前記ＬＥＤチップの電極形状に相似する形状に形成したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ電極の接合体。
前記給電子は、プラス電極とマイナス電極が間に絶縁物を介して一体化されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ電極の接合体。
前記給電子と、前記基板の電極および前記ＬＥＤチップの電極とは、半田により接合されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ電極の接合体。